|
Φυσικοί στο πανεπιστήμιο της Ινδιάνας
ανέπτυξαν μια νέα και πολλά υποσχόμενη μέθοδο για να εντοπίσουν μια ενδεχόμενη
ανωμαλία σε ένα θεμελιώδη δομικό στοιχείο της
ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, το αναλλοίωτο
των μετασχηματισμών Lorentz. Εάν
οι φυσικοί το επιβεβαιώσουν, τότε θα αναιρεθεί η βασική αρχή της
ειδικής σχετικότητας, ότι οι νόμοι της
φυσικής παραμένουν οι ίδιοι για δύο οποιαδήποτε αντικείμενα, που ταξιδεύουν
είτε με
σταθερή ταχύτητα ή περιστρέφονται σχετικά το ένα ως προς το άλλο.
Ο καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ινδιάνας Alan Kostelecky
καθώς και ο μεταπτυχιακός
φοιτητής Jay Tasson ασχολήθηκαν με μια μακροχρόνια ιδέα της ακριβούς
συμμετρίας, όπως αυτή δημοσιοποιήθηκε στη θεωρία του Αϊνστάιν το 1905, και
σε ένα άρθρο τους - που θα δημοσιευθεί στο Physical Review Letters -
δείχνουν ότι μπορεί να υπάρχουν απροσδόκητες
παραβιάσεις του αναλλοίωτου Lorentz, οι οποίες μπορούν να ανιχνευθούν σε
εξειδικευμένα πειράματα.
"Είναι εκπληκτικό και ευχάριστο ότι συγκριτικά μεγάλες παραβιάσεις
της σχετικότητας περίμεναν την ανακάλυψη παρά τις ακριβείς δοκιμές που
έγιναν επί ένα
αιώνα ", λέει ο Kostelecky. "Η ανακάλυψη τους είναι σαν να
βρίσκεις μια καμήλα σε άχυρα αντί για μια βελόνα."
Εάν τα ευρήματα βοηθήσουν να αποκαλυφθεί η πρώτη πειραματική απόδειξη των παραβιάσεων Lorentz, θα αποδειχθεί
πως η σχετικότητα δεν είναι ακριβής. Ο χωρόχρονος δεν
θα φαίνεται ο ίδιος σε όλες τις κατευθύνσεις και έτσι θα είναι μετρήσιμες οι παραβιάσεις
της σχετικότητας, ωστόσο αυτές θα είναι μικροσκοπικές.
Οι παραβιάσεις αυτές μπορούν να κατανοηθούν επειδή οι προτιμητέες κατευθύνσεις στον κενό
χωρόχρονο προκαλούνται από ένα κενό - κάτι σαν το διάκενο σε ένα δίχτυ -
των πεδίων υποβάθρου.
Αυτές θα ξεχωρίζουν από το σύνολο των γνωστών σωματιδίων και
δυνάμεων, και οι οποίες εξηγούνται από το Στάνταρτ Μοντέλο που περιλαμβάνει
και την θεωρία της
σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Τα πεδία υποβάθρου προβλέπονται από μια γενίκευση αυτής της θεωρίας, την
Επέκταση του Στάνταρτ Μοντέλου, που ανακαλύφθηκε από τον Kostelecky για να
περιγράψει όλες τις υποθετικές παραβιάσεις της σχετικότητας.
Ενώ είναι δύσκολο να ανιχνευθούν, κάθε πεδίο υποβάθρου προσφέρει το δικό του καθολική
πρότυπο για να προσδιοριστεί αν ένα αντικείμενο κινείται ή όχι, ή σε
ποια κατεύθυνση πηγαίνει. Αν ένα πεδίο αλληλεπιδρά με ορισμένα σωματίδια,
τότε η συμπεριφορά αυτών των σωματιδίων αλλάζει και μπορεί να αποκαλύψει τις παραβιάσεις
της σχετικότητας που προκαλούνται από το πεδίο. Η βαρύτητα καταστρέφει τα πεδία, και
αυτό δημιουργεί τρόπους συμπεριφορές του σωματιδίου που μπορεί να
αποκαλύψει τις κρυφές παραβιάσεις.
Οι νέες παραβιάσεις αλλάζουν τις βαρυτικές ιδιότητες των αντικειμένων ανάλογα
με την κίνηση και τη σύνθεση. Αντικείμενα πάνω στη Γη
κινούνται πάντα με διαφορετικό τρόπο σε διαφορετικές εποχές, επειδή η Γη
περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, οπότε τα μήλα μπορεί να κινηθεί ταχύτερα σε
ορισμένες εποχές του χρόνου από κάποιες άλλες. Επίσης, διάφορα
αντικείμενα όπως τα μήλα και τα πορτοκάλια μπορεί να πέφτούν διαφορετικά.
"Κανένα πείραμα ακόμη δεν έχει ασχοληθεί με την εποχιακή διακύμανση
του ρυθμού πτώσης ενός αντικειμένου στο πεδίο βαρύτητας της Γης",
σχολιάζει ο Kostelecky. "Από την εποχή του Νεύτωνα πάνω από 300 χρόνια πριν, τα μήλα
υποτίθεται πως πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό, καλοκαίρι και
χειμώνα."
Η παρατήρηση αυτών των λεπτών αποκλίσεων είναι ένα άλλο θέμα, καθώς οι διαφορές στο
ρυθμό της πτώσης θα ήταν πολύ μικρές, επειδή η βαρύτητα είναι μια ασθενής
δύναμη. Η νέα δημοσιευμένη εργασία έχει ένα κατάλογο πιθανών πειραμάτων που θα μπορούσαν να
ανιχνεύουν αυτές τις επιπτώσεις. Μεταξύ αυτών είναι αυτές που μελετούν τις βαρυτικές
ιδιότητες της ύλης πάνω στη Γη και στο διάστημα.
Η Επέκταση του Στάνταρτ Μοντέλου προβλέπει ότι ένα σωματίδιο και ένα
αντισωματίδιο θα αλληλεπιδρούν διαφορετικά με τα πεδία υποβάθρου,
πράγμα που σημαίνει πως η ύλη και η αντιύλη θα αισθάνονται τη βαρύτητα διαφορετικά.
Έτσι, επίσης, ένα μήλο και ένα αντι-μήλο θα μπορούσαν να πέφτουν με διαφορετικούς
ρυθμούς.
"Οι βαρυτικές ιδιότητες της αντιύλης παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητες,"
λέει ο Kostelecky. "Εάν ένα μήλο και ένα αντι-μήλο πέσουν ταυτόχρονα
από την κορυφή του Πύργου της Πίζας, κανείς δεν γνωρίζει αν θα χτυπήσουν στο
έδαφος στην ίδια ή σε διαφορετική στιγμή."
**
Δείτε
και ένα animation που δείχνει τον διαφορετικό τρόπο που πέφτει ένα μήλο
σύμφωνα με τον Alan Kostelecky
Οι μετασχηματισμοί Λόρεντζ, αποτελούν τη βάση της Ειδικής θεωρίας της
Σχετικότητας, η οποία εισήχθη σε μια προσπάθεια να αρθούν οι αντιφάσεις
ανάμεσα στις θεωρίες του ηλεκτρομαγνητισμού και της Κλασικής Μηχανικής. Κάτω από τους μετασχηματισμούς αυτούς, η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια
σε όλα τα συστήματα αναφοράς, όπως αξιώνει η ειδική σχετικότητα. Μολονότι
οι εξισώσεις συνδέονται με την ειδική σχετικότητα, διατυπώθηκαν πριν την
ειδική σχετικότητα και προτάθηκαν από τον Λόρεντζ το 1904 σαν μια εξήγηση
του πειράματος Michelson-Morley, μέσω της συστολής του
μήκους. Οι μετασχηματισμοί έρχονται σε αντίθεση με τους περισσότερο
διαισθητικούς μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου, που δίνουν καλά αποτελέσματα
σε μη-σχετικιστικές (χαμηλές) ταχύτητες.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παράδειγμα για να υπολογίσουμε πώς
φαίνεται η τροχιά ενός σωματιδίου από ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς που
κινείται με σταθερή ταχύτητα (σε σχέση με το αρχικό "ακίνητο" σύστημα
αναφοράς). Οι μετασχηματισμοί αντικαθιστούν τους προγενέστερους μετασχηματισμούς του
Γαλιλαίου. Η ταχύτητα του φωτός c, εισέρχεται σαν παράμετρος στους
μετασχηματισμούς Λόρεντζ. Αν η ταχύτητα υ είναι επαρκώς μικρή σε σχέση με
την c, τότε , και ανακτούμε οριακά τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου.
Το 1905 ο Αϊνστάιν
ανέπτυξε τη Θεωρία της Σχετικότητας και θεμελίωσε τους μετασχηματισμούς σε
στέρεο φυσικό υπόβαθρο. Παρά το γεγονός αυτό, θεωρούσε ουσιαστικά τον Λόρεντζ "πατέρα" της Σχετικότητας. |
